Поред фактора процеса, и други фактори процеса заваривања, као што су величина жлеба и величина зазора, угао нагиба електроде и радног предмета и просторни положај споја, такође могу утицати на формирање и величину завара.
Утицај струје заваривања на формирање завара
Под одређеним условима, како се струја електролучног заваривања повећава, дубина продирања и ојачање завара се повећавају, а ширина завара се благо повећава. Разлози су следећи:
1) Како се струја заваривања повећава, сила лука која делује на заварени спој се повећава, унос топлоте лука у заварени спој се повећава, а положај извора топлоте се помера надоле, што погодује провођењу топлоте у правцу дубине растопљеног купатила и повећава дубину продирања. Дубина продирања је приближно пропорционална струји заваривања. Дубина продирања завара H је приближно једнака Km × I. У формули, Km је коефицијент продирања (број милиметара за који се дубина продирања завара повећава када се струја заваривања повећа за 100 A), који је повезан са методом електролучног заваривања, пречником жице, врстом струје итд., као што је приказано у Табели 1-1.
| методе електролучног заваривања | пречник електроде/мм | струја заваривања/А | напон/V | брзина заваривања/mh-1 | коефицијент пенетрације/м м-100А-1 |
заваривање волфрамовим аргоном | 3.2 | 100~350 | 10~16 | 6~18 | 0,8~1,8 |
плазма електролучно заваривање | Отвор млазнице 1,6 | 50~100 | 20~26 | 10~60 | 1,2~2 |
| Отвор млазнице 3,4 | 220~300 | 28~36 | 18~30 | 1,5~2,4 |
заваривање под потопљеним електролучем | 2 | 200~700 | 32~40 | 15~100 | 1,0~1,7 |
| 5 | 450~1200 | 34~44 | 30~60 | 0,7~1,3 |
заваривање аргоном са фузионом електродом | 1,2~2,4 | 210~550 | 24~42 | 40~120 | 1,5~1,8 |
| CO2 заваривање | 0,8~1,6 | 70~300 | 16~23 | 30~150 | 0,8~1,2 |
| 2~4 | 500~900 | 35~45 | 40~80 | |
Табела 1-1 Коефицијент дубине топљења Km за различите методе и параметре електролучног заваривања (челик за заваривање)
2) Брзина топљења језгра за заваривање или жице за заваривање код електролучног заваривања је пропорционална струји заваривања. Пошто повећање струје заваривања код електролучног заваривања доводи до повећања брзине топљења жице за заваривање, количина истопљене жице за заваривање се повећава приближно пропорционално, док се ширина завара мање повећава, па се појачање завара повећава.
3) Након повећања струје заваривања, пречник стуба лука се повећава. Међутим, дубина на којој лук продире у радни предмет се повећава, а опсег кретања тачке лука је ограничен. Стога је повећање ширине завара релативно мало.
Код заваривања метала у заштитној средини инертног гаса (МИГ), када се струја заваривања повећа, повећава се и дубина продирања завара. Ако је струја заваривања превелика, а густина струје превисока, склона је појави прстастог продирања, посебно при заваривању алуминијума.
Утицај напона лука на формирање завара
Под одређеним условима, када се напон лука повећа, снага лука се повећава, а повећава се и унос топлоте у заварени спој. Међутим, повећање напона лука се постиже повећањем дужине лука. Повећање дужине лука доводи до повећања радијуса извора топлоте лука и повећања дисипације топлоте лука. Као резултат тога, густина енергије која се уноси у заварени спој се смањује, па се дубина продирања благо смањује, док се ширина завареног споја повећава. Истовремено, пошто струја заваривања остаје непромењена, а количина топљења жице за заваривање је непромењена, ојачање завареног споја се смањује.
Код различитих метода електролучног заваривања, да би се добило правилно формирање завара, односно да би се одржао одговарајући коефицијент формирања завара φ, потребно је повећати напон лука док се струје заваривања повећава. Потребно је да напон лука и струја заваривања имају одговарајући однос подударања. Ово је најчешће код електролучног заваривања потрошним електродама.
Утицај брзине заваривања на формирање завара
Под одређеним условима, повећање брзине заваривања довешће до смањења унетог топлотног уноса заваривања, чиме се смањују и ширина завара и пенетрација. Пошто је количина наталоженог метала жице по јединици дужине завара обрнуто пропорционална брзини заваривања, то такође доводи до смањења арматуре завара.
Брзина заваривања је важан показатељ за процену продуктивности заваривања. Да би се побољшала продуктивност заваривања, брзину заваривања треба повећати. Међутим, да би се осигурала величина завара потребна у структурном пројектовању, уз повећање брзине заваривања, треба сходно томе повећати струју заваривања и напон лука. Ове три величине су међусобно повезане. Истовремено, треба узети у обзир да се приликом повећања струје заваривања, напона лука и брзине заваривања (тј. коришћења лука за заваривање велике снаге и заваривања великом брзином заваривања), могу појавити дефекти заваривања, као што су подрезање и пукотине, током формирања растопљеног купатила и процеса очвршћавања растопљеног купатила. Стога је повећање брзине заваривања ограничено.
Утицај врсте и поларитета струје заваривања и величине електроде на формирање завара
1. Врсте и поларитети струје заваривања
Врсте струје заваривања подељене су на једносмерну и наизменичну струју. Међу њима, заваривање једносмерном струјом се даље дели на константну једносмерну струју и импулсну једносмерну струју према томе да ли постоји импулс у струји; дели се на једносмерну струју са позитивним прикључком (заварени спој је повезан на позитиван пол) и једносмерну струју са инверзним прикључком (заварени спој је повезан на негативан пол) према поларитету. Заваривање наизменичном струјом се даље дели на синусну наизменичну струју и квадратну наизменичну струју према различитим облицима таласа струје. Врста и поларитет струје заваривања могу утицати на количину топлоте која се доводи од лука до завара, па тако могу утицати на формирање завара. Истовремено, могу утицати и на процес преноса капљица и уклањања оксидног филма са површине основног метала.
Када се волфрамова електродуга у инертном гасу користи за заваривање металних материјала као што су челик и титанијум, продор завара је најдубљи када је једносмерна струја повезана у позитивном смеру, продор је најплићи када је једносмерна струја повезана у обрнутом смеру, а наизменична струја је између њих две. Пошто је продор завара најдубљи када је једносмерна струја повезана у позитивном смеру и волфрамова електрода има најмањи губитак сагоревања, позитивни прикључак једносмерне струје треба користити када се волфрамова електродуга у инертном гасу користи за заваривање металних материјала као што су челик и титанијум. Када се пулсирајуће једносмерно заваривање користи у волфрамовом електроду у инертном гасу, пошто се параметри импулса могу подесити, величина завара се може контролисати по потреби. Када се волфрамова електродуга у инертном гасу користи за заваривање алуминијума, магнезијума и њихових легура, неопходно је користити ефекат чишћења катоде лука да би се очистио оксидни филм на површини основног метала. Наизменична струја је боља. Пошто се параметри таласног облика правоугаоне наизменичне струје могу подесити, ефекат заваривања је бољи.
Код гасно-електролучног заваривања, када је једносмерна струја повезана уназад, пенетрација и ширина завара су већи него код позитивног прикључка једносмерне струје. Пенетрација и ширина завара наизменичне струје су између ова два. Стога се код потопљеног електролучног заваривања генерално користи инверзни прикључак једносмерне струје да би се постигло веће пенетрација; док се код потопљеног електролучног заваривања позитивни прикључак једносмерне струје користи за смањење пенетрације. Код гасно-електролучног заваривања са заштитним гасом, пошто инверзни прикључак једносмерне струје не само да има велику дубину пенетрације, већ су и лук заваривања и процес преноса капљица стабилнији него код позитивног прикључка једносмерне струје и наизменичне струје, и има ефекат чишћења катоде, широко се користи. Позитивни прикључак једносмерне струје и наизменична струја се генерално не користе.
2. Утицај облика врха волфрамове електроде, пречника жице за заваривање и дужине продужетка
Угао и облик предњег краја тун, гстен електроде имају већи утицај на концентрацију лука и притисак лука. Треба их одабрати у складу са струјом заваривања и дебљином радног комада. Генерално, што је лук концентрованији и притисак лука већи, већа је дубина продирања, док се ширина завара сходно томе смањује.
Код гасно-електролучног заваривања, када је струја заваривања константна, што је жица за заваривање тања, то је загревање лука концентрисаније, дубина продирања се повећава, а ширина завара се смањује. Међутим, при избору пречника жице за заваривање у стварним пројектима заваривања, треба узети у обзир и јачину струје и морфологију заваривачког базена како би се избегло лоше формирање завара.
Када се дужина продужетка жице код гасно-електролучног заваривања повећа, отпорна топлота коју генерише струја заваривања која пролази кроз продужени део жице се повећава, што доводи до повећања брзине топљења жице. Стога се ојачање завара повећава, док се дубина продора донекле смањује. Због релативно велике отпорности челичних жица за заваривање, утицај дужине продужетка жице на формирање завара је релативно очигледан код заваривања челичним и финим жицама. Отпорност алуминијумских жица за заваривање је релативно мала, тако да њен утицај није значајан. Иако повећање дужине продужетка жице може побољшати коефицијент топљења жице, свеобухватно узимајући у обзир аспекте стабилности топљења жице и формирања завара, постоји дозвољени опсег варијација за дужину продужетка жице.
Утицај других фактора процеса на факторе формирања завара
Поред горе наведених фактора процеса, и други фактори процеса заваривања, као што су величина жлеба и величина зазора, угао нагиба електроде и радног предмета и просторни положај споја, такође могу утицати на формирање и величину завара.
1. Жлеб и размак
Приликом заваривања чеоних спојева електролучним заваривањем, обично се одређује да ли треба резервисати размак, величина размака и облик отвореног жлеба у складу са дебљином заваривачке плоче. Под одређеним другим условима, што је већа величина жлеба или размака, то је мања арматура завареног вара, што је еквивалентно смањењу положаја завара. У овом тренутку, степен фузије се смањује. Стога, остављање размака или отварање жлеба може се користити за контролу величине арматуре и подешавање степена фузије. У поређењу са остављањем размака и неостављањем размака и отварањем жлеба, услови дисипације топлоте ова два су донекле различити. Генерално говорећи, услови кристализације при отварању жлеба су повољнији.
2. Нагиб електроде (жице за заваривање)
Током електролучног заваривања, према односу између правца нагиба електроде и правца заваривања, оно се дели на два типа: нагиб електроде напред и нагиб електроде уназад. Када је жица за заваривање нагнута, оса лука је такође нагнута сходно томе. Када је жица за заваривање нагнута напред, ефекат силе лука на испуштање растопљеног метала из базена уназад је слабији. Слој течног метала на дну растопљеног базена постаје дебљи, дубина продора се смањује, дубина на којој лук продире у заварени спој се смањује, опсег кретања тачке лука се шири, ширина завара се повећава, а арматура се смањује. Што је мањи угао нагиба жице за заваривање напред α, овај утицај је очигледнији. Када је жица за заваривање нагнута уназад, ситуација је супротна. Код заштићеног електролучног заваривања метала, углавном се користи метод нагиба електроде уназад, а угао нагиба α између 65° и 80° је релативно одговарајући.
3. Нагиб заваривања
Нагиб завара се често среће у стварној производњи и може се поделити на узбрдо и низбрдо. У овом тренутку, под дејством гравитације, растопљени метал из базена тежи да тече надоле дуж нагиба. Код узбрдо заваривања, гравитација помаже да се растопљени метал из базена испусти на крај растопљеног базена, тако да је продор дубок, ширина завара уска, а арматура висока. Када је угао узбрдо α од 6° до 12°, арматура је превелика и лако се стварају подрези са обе стране. Код низбрдо заваривања, овај ефекат спречава да се растопљени метал из базена испусти на крај растопљеног базена. Лук не може дубоко загрејати метал на дну растопљеног базена, продор је смањен, опсег кретања тачке лука се шири, ширина завара се повећава, а арматура се смањује. Ако је угао нагиба завара превелик, то ће довести до недовољног продора и преливања растопљеног течног метала из базена.
4. Материјал за заваривање и дебљина
Продирање завара је повезано са струјом заваривања, а такође и са топлотном проводљивошћу и запреминским топлотним капацитетом материјала. Што је боља топлотна проводљивост материјала и већи запремински топлотни капацитет, то је потребно више топлоте да се отопи јединица запремине метала и подигне температура за исти износ. Стога, под одређеним другим условима, као што је струја заваривања, дубина продирања и ширина завара ће се смањити. Што је већа густина или вискозност течности материјала, то је луку теже да потисне течни растопљени метал из базена, и плиће је продирање завара. Дебљина завареног дела утиче на проводљивост топлоте унутар завареног дела. Када су остали услови исти, како се дебљина завареног дела повећава, повећава се и дисипација топлоте, а смањују се и ширина завара и дубина продирања.
5. Флукс, премаз електроде и заштитни гас
Различити састави флукса или премаза електрода доводе до различитих падова напона на електродним областима лука и различитих градијената потенцијала стуба лука, што ће неизбежно утицати на формирање завара. Када флукс има ниску густину, велику величину честица или малу висину наслага, притисак око лука је низак, стуб лука се шири, а тачка лука има велики опсег кретања. Због тога је пенетрација мала, ширина завара је велика, а арматура је мала. Када се користи електролучно заваривање велике снаге за заваривање дебелих радних предмета, употреба флукса сличног пемзи може смањити притисак лука, смањити пенетрацију и повећати ширину завара. Поред тога, згура за заваривање треба да има одговарајућу вискозност и температуру топљења. Ако је вискозност превисока или је температура топљења релативно висока, згура ће имати лошу вентилацију и лако је формирати многа удубљења на површини завара, што резултира лошим формирањем површине завара.
Састав заштитних гасова за електролучно заваривање (као што су Ar, He, N2, CO2) је различит, а њихова физичка својства, попут топлотне проводљивости, такође су различита. Због тога се пад напона у поларној области лука и градијент потенцијала стуба лука, проводни попречни пресек стуба лука, сила плазма протока и расподела специфичног топлотног флукса разликују. Сви ови фактори утичу на формирање заварених шавова.
Укратко, постоји много фактора који утичу на формирање завара. Да би се добило добро формирање завара, потребно је одабрати одговарајуће методе заваривања и услове заваривања у складу са материјалом и дебљином завареног дела, просторним положајем завара, обликом споја, условима рада, захтевима за перформансе споја и величином завара. Истовремено, најважније је став заваривача према заваривању! У супротном, формирање завара и његове перформансе можда неће испунити захтеве, па чак могу доћи и до разних недостатака заваривања.
